Windonderzoek naar het windgedrag onder de perronkap van Eindhoven

Windonderzoek naar het windgedrag onder de perronkap van

Eindhoven

Citation for published version (APA):

Alders, E. G. (1985). Windonderzoek naar het windgedrag onder de perronkap van Eindhoven. Technische Universiteit Eindhoven.

Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1985 Document Version:

Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.

• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.

• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.

Link to publication

General rights

Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:

www.tue.nl/taverne

Take down policy

If you believe that this document breaches copyright please contact us at:

openaccess@tue.nl

N A A R

H E T

W I N D G E D R A G

0 N D E R D E P E R R 0 N K A P V A N E I N D H 0 V E N

Door: E.G. Alders Bege 1 ei d door: Dr . i r. M. de Wit

I I. 1. I. 2. I I I I. 1. I I. 2. I I. 3. II I III.1. IV IV. 1.

v

v

.1. V.2. V.3. Inhoudsopgave Symbolenlijst

Literatuur bij het windonderzoek

Inleiding Windproblemen Probleemstelling

Karakterisering van de wind Het windsnelheidsprofiel Windsnelheidsbepaling Windeffekten op de mens Windklimaat bij het station Omgeving rond het station

Voorspelling windgedrag onder de kap Model-beschrijving

Resultaten van het onderzoek Windprofiel in de tunnel

Bespreking resultaten

Konsekwenties voor het ontwerp

Bijlage b 1 z. 2 3 4 5 7 9 10 15 17 24 26 34 39 41 41 46 49 50 - 68

Gemiddelde uursnelheid op hoogte z Vlaagsnelheid gemiddeld over t seconde u* Wrijvingsnelheid

u

_m Gemiddelde snelheid op 10 m hoogte bij weerstation Gradient snelheid Potentiele windsnelheid Effektieve windsnelheid Windsnelheid binnenshuis Windsnelheid buitenshuis K Karmann constante ~ Instabiliteitsfaktor

a Exponent afhankelijk van de ruwheid

k Faktor om de zwaarte van de turbulentie mee te rekenen tussen 1 en 4 a Turbulentie I Turbulentieintensiteit \) 7 '-op Ruwheidslengte Verschuivingslengte Vl aagfaktor Hoogte van 10 m Fiktieve ruwheidslengte C(i) Versterkingsfaktor 1 Vergrotingsfaktor

Re Kengetal van Reynolds

-2-( m/ s) (m/s) (m/s) (m/s) ( m/s) (m/s) ( m/s) (m/s) ( m/s) ( m) ( m) ( m) (m) ( m)

1. Onderzoek windproblemen in de bouw en milieu, NLR-Rapport, FQF720~D

2. Uindloading handbook, 1974, K.J. Eaton, FSA01NEW

3. Windhinder (T.H.D. 8090), 1982, M. van der Voorden, ATR01THD

4. Windbelasting toelichting T.G.B. '72, 1974, H. van Katen, RCY74KOT 5 . . Hindeffects on buildings and structure: a. Tokyo 1971, FSC71WIN,

b. Toronto 1968, FEP68WIN

6. N.L.R. rapport TR 70103C, 1970 (zie bijlage) 7. Warmte en Stroming, 1966, GCB66WAR

8. Fysische b~heersing van het binnenmilieu in de bouwkunde I, (T.H.E. hoofdstuk: Wind) 7.725

9. Architectural aerodynamics, 1977, Ansly, Melbourne and Vickery, RLP77AYN

10. Acceptable windspeeds in towns, 1974, A.O. Penwarden, overdruk arti kel

11. \Jind in Architectural and Environmental Design, 1982, t1. Melaragno, RLP82MEL

12. Hindklimaat van Nederland, 1983, J. vJieringa, P.J. Rijkoort, MFB831_1IF.

13. Man, climate and architecture, 1969, B. Givoni, RU169GIV

14. Beperken van windhinder om gebouwen I. SBR.65, 1979, H. van Katen, W.R. Beranek, RLP79BEP

15. Beperken van windhinder o~ gebouwen 2. SBR.90, 1982, H. van Katen, W.R. Beranek, RLP79BEP (+ fotobijlage 2)

16. "La protection centre le vent" aerodynamique des brise-vent et conseils pratiques, A. Guyot

17. Applied Fluid Dynamics handbook, 1984, R.D. Blevins, FPB84BIE 18. Boundary Layer Climates (hoofdstuk 8), 1978, T.R. Oke, MFG780KE 13. Afstudeerverslag, 1985, E.A. Peters, N.A.

20. Windbelasting op bouwkonstrukties, 1984, H. v. Katen, RCY84KOT 21. Windeffects on buildings and structure (blz. 423 t/m 432 en blz.

I. INLEIDING

Wind is behalve een belasting, op b.v. konstrukties of een energiebron voor b.v. elektriciteitsopwekking, ook de veroorzaker van hinder of van een onbehaaglijke situatie. (Denk maar eens aan de windhinder voor het verkeer rond b.v. hoogbouw of aan de stroming van lucht in een kamer,

die als onbehaaglijk ervaren kan worden).

Door de willekeurige plaatsing van hoogbouw tussen laagbouw verslechtert het windklimaat in de bebouwde omgeving. Het windklimaat wordt voorname-lijk bepaald door de luchttemperatuur, de windsnelheid, turbulentie in de situatie.

Er is getracht om langs een theoretische beschrijving de windstroming en het windgedrag, afhankelijk van randvoorwaarden, te voorspellen. De beschrijvingen van de wind v66r 1957 waren erg grof. Verschillende

gebeurtenissen, zoals b.v. de instorting van de Tocama Narraws bridge en het toenemend aantal windhinder random hoge gebouwen, hebben ertoe geleid dat de invloed van wind op konstrukties en het windgedrag nauwkeuriger worden beschreven.

Door het K.N.M.I. zijn jarenlang windgegevens verzameld. Deze betreffen de uurgemiddelde windsnelheid, de verdeling van de wind over de wind-richtingen en de turbulentie van de gemeten wind.

In Nederland wordt de vlaagsnelheid gedefinieerd als de maximale wind-snelheden gemiddeld over 3 seconde. Afhankelijk van de terreinruwheid en de ligging van een bepaalde plaats in Nederland kan men d.m.v. vlaag-faktoren de uurgemiddelde windsnelheid omrekenen naar een vlaagsnelheid. De gemiddelde snelheid blijkt afhankelijk te zijn van de hoogte van het meetpunt t.o.v. een referentievlak; de geometrie in de bebouwde omgeving en de bovenwindse terreinruwheid.

De mate van de ruwheid is afhankelijk van: - de vorm van het obstakel en de afmetingen, - de orientatie t.o.v. de windrichting, - de onderlinge situering van de obstakels.

Wind is te beschrijven d.m.v. het uurgemiddelde, richting, ruwheid en de hoogte t.o.v. het maaiveld.

Aan de hand van meetgegevens en de randvoorwaarden zijn, d.m.v. de windbeschrijvingen, windprofielen voor bepaalde oppervlakte-ruwheden opgesteld. D.m.v. veldobservaties en windtunnel-onderzoeken is er geble-ken welke windsnelheden problemen met zich mee kunnen brengen.

-4-1.1. Windproblemen

Het voorkomen van ongemakken kan en moet reeds in de ontwerpfase warden nagestreefd. Door een model-onderzoek kan men daar waar de theorie on-toereikend is, het wanneer en waardoor, van het ontstaan van de onge-makken onderzoeken.

Voor vele gevallen is het niet meer nodig om uitsluitend d.m.v. intu1tie en ervaring de verwachte stromingen te voorspellen omdat door eerder onderzoek het windgedrag redelijk bekend is.

Om een indruk te geven van problemen die door de wind veroorzaakt kunnen warden, zullen puntsgewijs enkele problemen onder de loep genomen warden. Hindhinder:

Nabij gebouwen ontstaan er plaatselijk sterke windsnelheidsverhogingen en grate drukverschillen, evenals sterke wervels, welke zeer gevaarlijk en onaangenaam kunnen zijn voor alle soorten verkeer. [1982 - M. v.der Vo : 3)

Fig. 1: Windhinder

Tochthinder:

Als gevolg van de door de wind op de gebouwen uitgeoefende krachten ontstaan er verschillende drukgebieden. Door kieren en naden zal als gevolg van deze drukverschillen lucht het gebouw binnen komen (infil-tratie), dat bij een koelere lucht als tocht kan worden ervaren. Buitens-huis zal wind ook voor een afkoeling zorgen die soms als onaangenaam wordt ervaren.

Y~Q!il~!i~erQ~l~~~Q=

Ventilatiesystemen werken slecht of helemaal niet indien er op het aan-zuigsysteem een te grote onderdruk en op het uitvoersysteem een te grote overdruk staat.

Rookhinder:

De gassen,afkomstig uit afvoerkanalen, kunnen na neerwaartse terug-stroming in een gebied op b.g. nivo achter het gebouw, komen. Deze neerwaartse stromingen zijn ongunstig voor de trek van schouwen en de kunstmatige ventilatie van ruimten.

Stankhinder:

Analoog aan rookhinder. Lawaaihinder:

Bij kieren en door het trillen van een mast, bedrading of door het wis-selend belasten van een houten kap, ontstaan er (kreunende) geluiden.

IrilliQg~~=

Als gevolg van het optreden van windvlagen met bepaalde frekwentie kan een konstruktie in beweging geraken en in zijn eigenfrekwentie mee gaan trillen, wat oak bij lage windsnelheden kan gebeuren. (b.v. Tacoma narrows bridge - 1942; door eigentrilling en torsie bezweken).

Y~~rY~r~er~i9iQ9=

De wind wakkert het vuur sterk aan. Als gevolg van het turbulente gedrag van de wind er omheen en in de gebouwen kan men misleid worden omtrent de plaats van de vuurhaard, waardoor men naar de vuurhaard toevlucht i.p.v. ervan weg.

~~~~~~9i9iQ9~Q=

Allerlei beschadigingen kunin zich voordoen bij hoge en minder hoge wind-snelheden. (Voorbeelden van allerlei mogelijke schade's zijn te vinden in [1974 - J. Keaton - 2]).

I.2. Probleemstelling

In het bijzonder zijn we geinteresseerd in de twee eerstgenoemde proble-men, de wind- en tochthinder. Men moet zich afvragen waar men op moet

letten bij het ontwerpen van het station voor Eindhoven, hoe men van

tevoren de windsnelheden kan beinv1oeden en wanneer er gevaarlijke

situaties, t.g.v. de wind, voor de reizigers ontstaan. Stations zijn

i.h.a. winderige en onbehaaglijke verblijfplaatsen. De windhinder in en rond stations is voornamelijk te wijten aan het ontwerp en de situ-ering binnen b.v. een stad of dorp.

Het ontworpen gebouw en perronoverkapping voor Eindhoven bevinden zich midden in 't centrum. De stations (perrons)-overkapping bevindt zich op een spoordijk die 4 meter hoog is.

1. Perron-overkapping

l

2. Bi j enkorf

----

JLP

3. _{18-September-}

~

plein

c

1

Ill

Fig. 2: Situatieschets van het station en het stationsplein

I

I

I

De situatie is, voor de vier verschillende windrichtingen, bovenwinds verschillend bebouwd. Het gebouw is gelegen tussen, aan de Noordzijde, een barriere van hoogbouw gevolgd door een open gebied en, aan de Zuid-zijde, het stadscentrum. Voor de oost- en westrichting ligt het gebouw tamelijk vrij, ook omdat het op een dijk is gebouwd.

Voor de oosten- en westenwind geldt dat de bovenwindse situatie als vrij open beschouwd kan worden. Er zijn behalve het P.T.T.-gebouw alleen maar parkeerplaatsen in de omgeving. Verder zijn de afstanden na de eerste

obstakel(s) en het station grater dan 20 h, dus is de vrije windsnelheid weer hersteld.

Verwacht kan warden dat de windsnelheidstoe- of -afname ook verschillend zal zijn, voor de verschillende windrichtingen, bij het gebouw.

T.a.v. de windhinder en de verzekerde veiligheid bestaan er algemeen geldende criteria voor de wind. Door verandering in het ontwerp aan te brengen en m.b.v. de windgegevens van Eindhoven zal er aan deze criteria warden tegemoet gekomen.

-8-II. KARAKTERISERING VAN DE WIND

..

Wind is te karakteriseren m.b.v. een gemiddelde snelheid en een wind-richting, die beide terug te vinden zijn in de 11

uren per jaar11

tabellen. Verder door de turbulentie (a) en door de vlaagsnelheid of vlaagfaktoren.

(v = Q/LJ over 3 sec,

U

is uurgemiddelde) In de 11

uren per jaar11

tabellen zijn het aantal uren voor de gemiddelde

snelheid in een windrichting-interval, voor een metrologisch meetstation weergegeven. Deze gemeten gegevens zijn door Wieringa en Rijkoort

omge-rekend naar windsnelheden op 10 m. hoogte voor het open veld. (Z

0

=

0,03)

OISTI I BUT JEVE FHKWENT JEVnOEL UC VU UURCEMI tOELCE. ~OTEMTIELE WI NtSNELHE I 0 (PER 100 000 wuaNEMINCENJ

EINrHoYE• ( ~70) 1960 TIM 19~0 CEHCLE JAU

NOC RO OCST ZUI t

KLASSEN

(MIS J JlO 36C Q~('I 060 090 120 150 1eo 7P P• 7• 50 •7 70 13l 9R 0. 0 TIM o. 9 •71 6JJ 802 P25 1.0 T1" I. 9 57J Ml P~7 f20 65f 110J 1356 t ~ 1 e 2.0 TIH 2. 9 72J HO 12t2 103• 1026 1 JPS U02 1266 '.l.C! T/fl! 3. 9 897 936 1•99 1515 1150 1557 1C22 1039 899 1210 It. o T /fl! •• q 77~ 779 590 "10 HZ 105f 7P• 657 •79 726 5. 0 TIM 5. 9 f.O Tl" 6. 9 •93 3~ 5 •11 709 517 3'" 257 627 1. 0 TIM 7. 9 ~ .. 7 222 zn 658 :12'1 255 13• •oo 161 79 ., 2~b P. O T IH P. 9 205 RP 121 272 1'P 50 56 11• 92 •6 2, I J2 9.0 TOt 9. 9 20 10 21 2f 9. 2 PO 1('1. r Tit'' IC. 9 H l) 38 •e " 7. 6 2• ,. 7. 6 2.1 11.0 T/H 11. g 2e 12.0 Tl" 12. 9 22 2. 1 3. R 11 6. 5 6. 0 1. 6 12 13.0 TIM 13. 9 P. 7 1. 6 1. I 3. J 2.1 2.1 c. 5 5 •• t•. 0 Tl" ,. • 9 l. J 1. I 1. 1 1. I 15.0 TIM 15. C? 5 •• _1. I 1fl.O Tll'' 16. 9 1. 6 '7, <' TIM 17. 9 _{c. 5} H. 0 Tll'' IP. 9 19.0 TIM 19.9 2r.o rn· 2r..c:i 21.0 Tt>4 2t.9 22.0 Tl• 2'.9 2l,o Tl~ 71,, 2•.o r1r z•.9 25.C'! TIM 2'S.9 2f..O Tl.,. ?6.~ 21.r. TIM 27.9 zt.o Er MEER TOTlrLEN 5000 •365 657• 7755 51'9 565• 55'1 70011 Tabel 1: 11

uren per jaar11

-tabel H 5. Beek _z

""'

0-3 3-1 1-14 >14 210 110 RJ9 1399 1~60 1e• 3 1570 18142 1197 911 6f7 "1P 260 177 e• 55 3• 23 17 6. 0 2.2 2 .1 1. I o. ~ 1 ~·3e

Fig. 3: Windroos voor het meetstation Beek

OPEN TUUIM WEST STIL OF 200 270 JOO YARllBEL TOT UL

72 76 IOJ 6291 7285 7'1 650 62• 1506 97•2 22" 12976 ins 100• 832 2109 1393 978 31 1639! 2. 7 1•962 2386 1•00 905 7•8 1. 1 11232 2J07 1120 795 o. 5 9756 231; 1037 66•7 15,. 865 •50 1191 557 B14 o. 5 • 197 28,. 755 •J5 21• •6• 270 160 166~ 278 203 9• 989 1•1 125 58 590 78 71 27 292 6• •E 23 202 28 26 12 106 R. 7 22 9. 2 66 10 11 3. J •2 •. 9 1. 1 2. 2 21 2. 2 3. 3 1. 6 9. 2 1. I 2. 2 1. 1 1. 1 1. I o. 5 2. 7 o. ~ 15761 9321 6376 8056 100000

De turbulentie

(a)

van de wind is de snelheidsvariatie om de gemiddelde snelheid. De turbulentie

T

a2 =

-+-

J

(Q -

u)

2 dt . T = 10 min.

. 0 ( 1)

De turbulentie-intensiteit wordt gedefinieerd als I = a/U. Deze ligt

voor 10 m boven open-terrein tussen 0,17 <I< 0,23 [1981: Gaudemer: 16]. De turbulentie intensiteit en de gemiddelde snelheid zijn van belang

voor het beoordelen of de situatie behaaglijk is (zie hoofdstuk: wind-effekt op de mens).

De vlagerigheid is ook van invloed op de ervaring van de wind. Primair kan de vlaagsnelheid geschat worden, omdat er in benaaering wordt uit-gegaan van een normale verdeling van windsnelheden:

Oz = Uz + 3d (2)

u

-aJ

met Oz= maximale vlaag op hoogte z:

windsnelheid waarop de kans in

'n periode T minder is dan 0.1 %.

Uz = gemiddelde snelheid op hoogte z

a = de turbulentie

Voor vlagen wordt in N~derland de

middelings-tijd T

=

3 sec. genomen.

Fig. 4: Normaalverdeling van de windsnelheid

De turbulentie-intensiteit op hoogte z is onder normale omstandigheden te bepalen met de empirische relatie . (zie II.1)

(~)

=

i1n

Z/Zo' waarbij Z₀ = ruwheidslengte (3)

De ruwheidslengte is een empiristhe grootheid (zie II.1) die afhankelijk is van de terreingesteldheid.

II.1. Het windsn~lheidsprofiel

De windsnelheid in de onderste 1000 m. van de atmosfeer zijn van belang bij de windeffekten op de mens [1984 - R.D. Blevins].

De grenslaag, die de laag is tussen het aardoppervlak en de bovenlaag kenmerkt zich door het volgende: een toenemende stromingssnelheid van nul bij het oppervlak tot de vrije stromingssnelheid bij de grens van de grenslaag en bovenlaag (Fig. 5). De buitenstroming is de stroming in de laag waar de terreinruwheden geen invloed uit0efenen. Omdat de terrein-ruwheid de wind afremt neemt de snelheid naar het aardoppervlak toe af.

I ~ bu· ~enstrOl'l· n~

~

r=;---'

I

:-=-r~· ~r-nslaagstrOMing

;::::.--~---~~-9

~

--R_e

__ ___

aardoppervlak Fig. 5: Windstroming in de onderste laag van de atmosfeer

De snelheid op de grens van de grenslaag en de buitenstroming wordt de gradient-snelheid genoemd. (Ug)

Men heeft voor de grenslaag van de atmos-feer, de windsnelheid op de hoogte z, benaderd met:

a) de 11_macht11

wet.

b)de logaritmische formule eri met

De andere manier om de windsnelheid te bepalen is d.m.v. de "macht"wet en die luidt:

u _ (z

\d

_ug ( 5)

z

- \Zg)

met _{_g}

z

=

gradient hoogte

ug

=

gradient snelheid

ex

=

exponent afhankel ijk van de ruwhei d

Terrei ntype ex Z

0 (m)

Zee 0 '12 0,0002

Open land (weiland enz.) 0 '14 0,03

Randbebouwing 0' 18 0,35

Dorpen 0,24 0,5

Grote steden 0,32

...

Tabel 2 [Wieringa: 1984]

Voor de gemiddelde windsnelheid op hoogte z geldt:

U =

!C. .

1 n (2

2- d), voor Z > 20 . Z0 + d ( 4)

Z K O

met u* = wrijvingssnelheid, een maat voor de effektiviteit van de

uit-wissel ing van horizontale windsnelheid van boven naar beneden (m/s)

Z = hoogte in (m)

Z₀ - de ruwheidslengte (m)

De ruwheidslengte en de verschuivingslengte warden bepaald aan de hand van de metingen voor een bepaald terrein. Zie fia. 3.24 [Wieringa, 1983]

tg

ex=

i.</ut(

~

U

mis

Fiq. 6: Relatie tussen U, Z

₀

~ tga en Z - d/Z

0.

De verschuivingslengte (d) blijkt in de stad of in het bos gelijk te

zijn aan 5

a

10 m en volgt uit de aanpassing van de log. formule aan het

windprofiel. Voor een grasvcld gcldt d = O.

Zowel de logaritmische formule als de machtwet zijn geldig voor de

windsnelheidsbepal ing, vanaf de hoogte Z = 20 Z

0 + d. Onder deze hoogte

zijn de betrekkingen beslist niet geldig.

- - - --·- - - - -Io I I b I -3 -z -I 0 I -3 -Z -1 I a I h₁ 1 I h 1 l c I le I

Fig. 7: Windsnelheidsprofielen voor en na obstakel

-12-De geldigheid van de log. formule is begrensd bij 100 m [1983 : J.

Wie-ringa : 12]

a

200 m. [1984: H. v. Koten : 20]. In het zog-gebied van

een obstakel zijn ze ongeldig. (zog-gebieden reiken tot 12 m obstakel-hoogte)

Hoewel duidelijk is dat i.h.a. de aanwezigheid van dichtbije obstakels tot een grotere ruwheid leidt, bestaat er geen strak verband tussen de onderlinge afstand tussen de obstakels (x) t.o.v. de obstakel hoogte (H) en de plaatselijke Z

0-waarde.

In het open-veld en boven zee is de Z

0 ongeveer gelijk aan nul terwijl

in de bebouwde omgeving Z₀ ~ 1 m is.

In het algemeen kan Z

0 benaderd worden met de empirische formules:

2

Z

0

~

0,2

((d~)

) [1983, J. Wieringa : 12] (6)

met: dH = hoogte verschil van het terrein (m)

L = 5 km

of m.b.v. het gedeelte van het grondoppervlakte die de obstakels

bezit-ten (b) en de belangrijkste obstakelhoogte (H) als : Z₀ ~ 0,5 b . H.

Veel nauwkeuriger is het om d.m.v. fig. 8 en m.b.v. tabel 2 de heersende

Z

0 te bepalen. (Zie ook blz. 2 van de bijlage)

_-

.

.

De exponent a is bij gelijkstelling van de machtwet aan de

log. formule te bepalen met de betrekking ~

a =

als

z

₁ de hoogte is voor punt 1 en als

z II

2

II II II II

2.

(Zie: fig. 8, tabel 2)

ln

f~

2

\

\ zo )

In het algemeen wordt t.p.v. een weerstation (Um) de windsnelheid op 10 m

hoogte be pa a 1 d en voor een ruwhei ds 1 engte Z₀

= 0. 05

in de potenti ~le

snelheid bereker.d

(U ).

p

Indien de snelheid Um bekend (Uz) bepaald worden met:

uz

1 n z'"d;zo

U---

= ln 10/0,03

p

is kan op elke hoogte (Z) de windsnelheid

-r

400 ' )00 ~ • 100 "'° 0 (,

f.'L"-..

1&00

;

... ... ,.: 1400 % ... ;;; % .... ~ Ci ₁₂₀₀ c c ... 1000 '• l> _""'''' -.o• ... '• _"" ., . . l )()•

.

...

•00 I I I I •00 " ., _••

..

'• .,

,

.

". J"'t"' f [ ... ' ,).,):, ...

..

·00

'

., >C I I

"

•o r'.)-..t·,I 'ivd ... ,.b ~ ' . f---'·~ ---·---- -' ! - --·· ··- .. -.,...

i

•O : II

I

,..

I

.

" ' I ' .

Profiles of Illt"Ull wind spl•ed uver different krrain

o~ 0.4 i ~ 0.3 0 !: !i

...

a:

...

0.2 ~ 0.1 t ~ I

g

I

I

_I

~

I, a; l _• ...._~. _{· .. 1} <1 13 c ~ 10-' 1 10 1o2

SURFACE ROUGHNESS LENGTH ICM)

o o~ 0.04

•

S! ..: 0.03 ... ~ " ..:

..

...

u iO: c· 0.02

...

·:"" a:

...

0 c .. u

..

.

...

_c c a:

..

a: 0 ::> 0.01

Fig. 8: Windprofiel parameters voor verschillende terreinen

De log. formule geldt indien voor de grenslaag een z.g. neutrale-stabi-1 iteit geldt. Deze 11_neutrale11 _{stabiliteit van de grenslaag wordt}

geken-merkt door het feit dat de effekten van vertikale warmteuitwisseling verwaarloosbaar zijn. Het windprofiel is alleen afhankelijk van de terreinruwheid. [zie b.v. 1978 T.R. Oke hoofdstuk 1 en 2]

14

-Indien U < 6 m/s [1983 : J. Wieringa e.a. : 12] op 10 m hoogte dan warden de stabiliteits-invloeden belangrijk en geldt (9):

U

= u* . ln{Z - d) -

~

K \ Z

0

(8)

met ~ als instabiliteitsfaktor.

Er bestaat zoals te zien is in tabel 2 nog geen algemeen afgesproken klasse-indeling voor de ruwheidslengte. Voor het Nederlandse klimaat zijn de klassen van Davenport gewijzigd door Wieringa [1983 : J. Wieringa e.a. : 12].

Terreintype Z

0(m) a/U Klasse

Open water 0,002 0,08 1* 1** ***

* ~~i eri nga

Zeer open landschap 0,01 198 3]

2 2 ** [Petersen 0,02

---19 83] 0,03 *** franse 0 '16 3 3 I klasse-Ru\v terrein 0,05 - _{I I} indeling 0' 1

---4 19 8 3J 0,2 0,22 0,3 ~---4 5

Zeer ruw landschap 0,4 _{0,35 5 II I}

0,7 1 - - -_{6 6}

---

IV Gesloten 1 1 -7 < 0,5 1

-v

Stadskern > 2 ₈ -Tabel 3 II.2. Windsnelheidsbepaling

De windsnelheidsbepalingen voor wind tussen de obstakels of op obstakel-hoogte, kan niet warden beschreven met de bestaande theorie. Evenmin kan met de bestaande theorie de wind binnen een gebouw of onder een kap warden bepaald. Door fo nu beschikbare kennis is de windsnelheid op 10 m bij het meetstation om te rekenen naar de snelheid boven de stad, reke-ning houdend met de geldigheidsgrens, de verschuivingslengte en de Z

0

1 _{s. Op 60 m (}

+ d) wordt e ... van u i tge~aan da t de wind geen i nvl oed meer

ondervindt van de obstakels aan de oppervlakte. Om deze snelheid om te rekenen naar snelheden op hoogtes lager dan Z = 20 Zo + d moet de ver-sterkingsfaktor geintroduceerd warden.

In de windtunnel kan men de toe- of afname van de windsnelheden bepalen en wordt de relatie tussen de

U

en de

u

₁₀ bij een bepaalde verhouding tussen de turbulentie en die gemiddelde snelheid bepaald.

De quotient van

U

wordt de versterkingsfaktor, C(i), voor een

Up (9)

bepaalde windrichting, genoemd.

Op basis van de kennis van de stromingen is het mogelijk om een schat-ting van de plaats waar versterking voor de wind optreedt, te maken. Indien geen uitspraak kan worden gedaan over de versterkingsfaktor moeten windtunnelproeven de orde van grootte aangeven.

Wanneer men wil dat de Re in de tunnel gelijk is aan de Re in de werke-lijke stroming moet men de windsnelheid vermenigvuldigen met de omgekeerde schaalverhouding. Re = kengetal van Reijnolds.

Het is echter onmogelijk om in de tunnel; de windsnelheden naar 200

a

250 maal de verwachte snelheid op te voeren. Schaaleffekten op modellen

zullen altijd optreden maar gebleken is dat ze verwaarloosbaar zijn. Door de onderzoeken van Murakdur, Davenport en door 't T.N.O. in Neder-land zijn er betrekkingen gevonden tussen de C(i) en de 0/U.

De uitdrukking die gevonden is voor de relatie tussen de versterkings-faktor en de turbulentie-intensiteit luidt:

c (

i ) + 3 ~ = 1 ,65 ( 10)

u

[Zie afstudeerverslag : Peters : 1985]

De potentiele windsnelheid (UP) is gelijk aan de fictieve windsnelheid die op 10 m waargenomen wordt voor het open-veld. De gemeten windsnel-heden, door de meetstations, op 10 m hoogte, zijn alle gecorrigeerd tot up met vol gens:

u

p

-

u--m 1 _{n Zp/Z} 0p ln 60/Zom * ( 11 ) ln Zm/Zom ln 60/Zop

de gemeten gemiddelde snelheid op 10 m 10 m, Z

0p : fictieve ruwheid, Z0m = aanwezige ruwheid.

-(o.03m)

Het is onmogelijk om voor een situatie van tevoren te zeggen welke I= 0/0 aangehouden moeten worden. Eventueel kan men de turbulentie-intensiteit met de eerder gegeven benaderingen bepalen.

Voor stedebouwkundige situaties kan er van bepaalde versterkings-faktoren worden uitgegaan. Deze versterkings-faktoren zijn langs windtunnelproeven, voor bepaalde stedelijke verkavelingen en gebouwhoogte (verschillen), komen vast te liggen. De versterkingsfaktor hangt sterk af van de

onderlinge ligging van de obstakels en van de hoogtes (de w/h faktor). [1982 : H. v. Koten; 1984 R.D. Blevins; afstudeerverslag E.A. Peters] II.3. Windeffekten op de mens

De windeffekten op de mens en in de bebouwde omgeving is door velen onderzocht en beschreven. Algemeen aanvaard is de Beaufort-schaal, wat later door onderzoekers als Petersen (ter zee) en Murakani-Deguchi (voor lopende mensen) uitgebreider is behandeld en specifieke tabellen ter zee en voor lopende mensen hebben gegeven. (Deze komen met correc-ties trouwens goed overeen met wat Beaufort gesteld heeft)

De windeffekten voor de mens hebben betrekking op veiligheid en hinder. Empirisch is bepaald dat de windkracht maatgevend is voor de veiligheid en beschreven kan worden met:

-2

F = CF . ~ pV • A

-v = gemiddelde luchtsnelheid

p soortelijke massa van lucht

A = eenvoudig gekozen oppervlak van het obstakel, bijvoorbeeld

de geprojekteerde doorsnede op een vlak dat loodrecht staat op de stromingsrichting

CF = dimensieloze krachtkoefficient

(m/s) (kg/m3)

Dit betekent dus dat verdubbeling van de luchtsnelheid een vier maal zo grote kracht tot gevolg heeft.

Door Davenport is een algemeen aanvaardbaar criterium opgesteld. Een belangrijke maat voor het comfort is de vlaag en de turbulentie, aan-gezien de reaktietijd die men nodig heeft om zich aan te passen bij de veranderde windtoestand bepalend is voor de behaaglijkheid. (Zijn de turbulenties laag dan kan men er aan gewend raken, mits de vlagen niet groot zijn.

Van invloed op de behaaglijkheid z1Jn: de luchttemperatuur, de relatieve vochtigheid, de aktiviteiten die ondernomen worden en de gedragen kleding. N.a.v. fig. 8 (b) kan er gekonkludeerd worden dat in de winter, alleen in een windstille periode voldaan wordt aan het behaaglijkheidscriterium. Er is gekozen om een aantal uren per jaar een onbehaaglijke situatie toe te laten.

Windkracht Beaufortschaa 1 0 - 1 2 4 5 6 7 8 9 Uur~emiddeld~ ,, , rd -snel heidsgrenzen op 10 r:'. hoogte 0 - 1, 5 m/s 1,6 - 3,3 3,4 - 5,4 5,5 - 7,9 8,0 - 10,7 10,8 - 13,8 13,9 - 17,1 17,2 - 20,7 20,8 - 24,4 Effekten

rustig, geen waarneem-bare wind

voelbaar in het ge-zicht

lichte beweging van vlaggen, haren en kleren

stof, droog zand en papier dwarrelen op, haren raken in de war windkrachten voelbaar, grens van op het land aanvaardbare windsnel-heid is bereikt parapluis moeilijk te

gebr~iken, haren

wor-den overeind geblazen, lastig om regelmatig te lopen

lopen wordt bemoeilijkt vooruitkomen wordt lastig. Tijdens vlagen wordt het moeilijk om in evenwicht

te b 1 i jven

I

mensen worden door vlagen omver geblazen j

Tabel 4: Windeffekten in het dagelijkse leven [v.d. Voorden, 1982)

helling (sin a) 1/20 1/10 1/7 1/5 1/4 1/3 som van wind

-I

plus wandelsnel- 10 14 16,5 19,5 22 25

heid (m/s)

I

Tabel 5: Overeenkomsten in inspanning tussen wandelen tegen een konstante helling en wandelen met tegenwind [v.d. Voorden, 1982)

-..-<•>

c:r..i. (..t...,(.tlee/br) I 0-5 (0-11) S-10 (11-22) 10-15 (22-33) IS-20 (33-44) 2o-25 (44-56) ZS-JO (~7) vta.11 If fact

'l'Mre ia little effect oa perfor.e.ce or ca.fort. tiDd ..,. N felt DD face.

Pede.9trian t.. •al81ti•e to viod. Bair 1• ·

dUturbed .od c:lot:hi.Da fl.ape. There ia .tnor

irregulArtcy of foout.-p• in v•lk.iaa. but

.:>at performmice U unaffected.

W&l.k.in.g b uneuy. Upper half of body benchi

to wiDllhrard. Pooi..tepa are irregular and

walliDa 1.o 11.oe 1a difficu.lt.

ValkJ.:na U difficult to control. Whole body beode to vindw•rd and vboh body svinga or b blown aid.ewaya or leeward.

St..., v-.lk.J.a& 18 difficult or t.poeatble.

Tbe 11.ll:it of eaf•ty.

Dmpr.

u 0 ~ ::i ::i

..

It) ~ OJ 0. E OJ

.. ..

~ u ::i

a..uron') wiadsnelheid clfetUll

.::hul oploophoop iam/1

I 0,2- 1,1 pen merkba"' wind

2 1.2- 2.4 aan aezjcht voelbur

3 2.5- 4,0 bet ha.a.r ¥trWa&it, de kleding wappert

4 4,1- 5,9 bee scor ... wt op. hiadcrlijk voor lo pen

5 6,0-8,0 de wiodstotm worden op bet lichaam rmrkbaar. ~rbliJf in de

wind wordt onaangcnum

6 1.1-10,J paraplu'1 zijn mocilijk lC hantcren, haar waait rccht omhoog.

moeilijk om recht le Jopen

I 7 10,4-12,8 era onp!Clierig om It lopeo

I

:

12.9-15,5 moeilijkhedcn om te blijven sta.a11 in v!agcn

15.~ll.J memen w.Un om

-1_{) ni: Bc:.aufon~IChul isoufbankrlijk van de hooatc, men dicnt er cchtcr or tc !cttcn dat de or~a .~· an de} ... 1ndsnclheid door htt KNMJ 11eeds ~ ... trek.king hebbcn op 10 m hoogte.

Tabel 7: Windeffekten op mensen [Wieringa, Rijkoort; 1983)

(a) in de zon ( b) in de schaduw

net zweten net zweten

30 net huiveren naakt

tc30

l i chte

J

20 zomer-kleding

l

}

"normaal"

~

kostuum 20 10 } winter-

~

I

kleding met jas

~

_l

10

~

0

r

- '+ 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 windsnelheid (m/s) windsnelheid (m/s) naakt l i chtE zomer-k 1 edin: "nonna: kos tut: winter· kledin: met ja'

Aktivi teit Toepasbaar voor Relatief komfort bij windkrachten vol gens

~

_u

-=-0,15 0,2 Beaufort

aangenaam toelaatbaar onprettig gevaarl ijk

vlug lopen trottoirs 5 6 7 8

wandelen, parken, gebouw- 4 5 6 8

schaatsen ingangen, ijs-banen

kortstondig parken, plei- 3 4 5 8

stilstaan of nen,

winkel-zi tten centra

.

langdurig open lucht the- 2 3 4 8=:1810.:,S

stilstaan of aters, terras-zi tten jes,

onoverdek-te stadions,

recretatiege-bi eden

.

Aanvaardbare overschrijdingskans 1 uur/week 1 uur/maand 1 uur/jaar Tabel 8: Windhinderkriteria volgens Davenport voor luchttemperaturen

boven 10° C (eenheden: Beaufortgetallen)

(G=

1,5 lf)

[v.d. Voorden, 1977]

De windhinderkriteria zijn opgesteld voor maximale windsnelheden, vlagen. Davenport heeft de toelaatbare overschrijdingen van de maximale snelheden bij bepaalde turbulentieintensiteit, voor een bepaald wind-effekt vastgelegd.

Met behulp van de vlaagfaktor (gust respond factor) zijn de gemiddelde snelheden, fig. 12, om te rekenen naar vlagen. De gegeven aanvaardbare overschrijdingskans blijft een subjectieve keus van de ontwerper. In dit geval is gekozen om de Davenport-criteria met korrektie toe te passen.

Voor het windeffekt "Gevaarlijk" is Davenport niet nauwkeurig geweest en heeft voor alle klassen de Beaufort-schaal -8- aangehouden. Een meer realistische indeling wordt in de volgende tabel weergegeven. [1979: H. van Koten e.a. 14]

-20-Codering Omschrijving Kritieke vlaag Geldigheidsgebied

A geen beschutting 25 industrieterrein

B normale beschutting 20 woonwijk

c

verhoogde beschutting 15 winkelcentra

D sterke beschutting 10 kleuterschool,

bej aa rdencentra hoogte = 1, 75 m overschrijding 1h/j

Tabel 9 [H. v. Koten, 1979)

De windeffekten, gegeven in de Beaufort-schaal, zijn afhankelijk van de gemiddelde windsnelheid. Door deze snelheden als effektieve windsnelheden op te vatten, zijn gemiddelde snelheden voor ieder willekeurig cr/U te bepalen als:

U e = U ( 1 + k cr /U) ( 1 2 )

met:

U

= de gemiddelde snelheid

K = faktor gelegen tussen 1 en 4.

Hiermee wordt de hinder, veroorzaakt door turbulentie, meegewogen. Deze faktor is nogal subjectief.

Bij de berekening van de gemiddelde snelheid bij de verzekerde veiligheid (windeffekt "gevaarlijk") wordt in de literatuur K = 1,5 ingevuld en bij

bepaling van de hinder (windeffekt "hinderlijk") wordt K = 3 gesteld

[1983: J. Wieringa : 12; 1979: H. v. Koten e.a. : 14)

De turbulentie-intensiteit

(I),

waarbij het criterium werd vastgelegd, bleek 0,15

a

0,2 te zijn, met een vlaagfaktor van 1,5 voor de vlaag over 3 sec. In de stedelijke omgeving bleek bij praktijkmetingen, de turbu-lentie-intensiteit (I) groter te zijn dan de I tijdens de windproeven en wel groter of gelijk te zijn aan 0,3, met een vlaagfaktor groter dan 1,5. De gemiddelde snelheden van tabel 2, 4, 5 kunnen nu omgerekend worden naar toelaatbare vlagen.

Het criterium van Davenport, voor cr/o= = 0,3

a

0,5 en voor een andere

of gelijke ~(= vlaagfaktor) brengt met zich mee dat de toelaatbare wind-snelheden verlaagd worden.

Gebleken is dat daar waar in de situatie cr/U laag is en de Uz hoog is, er sprake is van een onaangename omgeving. Dit is uit te leggen doordat uit betrekking - 12 - blijkt dat voor een grote C(i), een lagere cr/U geldt; een lage cr/U heeft tot gevolg een grotere U bij gelijke Up.

Neem als voorbeeld omgeving 3, voor:

aangenaam toelaatbaar onplezierig gevaarl ijk

cr/U :: 0,3 _{< 5 '1 8 '1} 10,7 12,6

cr/U = 0,5 < 4,2 6,7 8,9 9,6

1. _Umax = 1,5

u

_{2. ue} = U( 1 + K . 0,2) _{3. Uc =} U(1 + K . 0,3)

of 4. ue = U(1 + K . 0,5)

Tabel 10

Door de waarden in het criterium, voor een bepaald windeffekt, aan te

passen aan de heersende omgeving, is het mogelijk om d.m.v. de "uren per jaar per tabel" na te gaan of de maximale aantal toelaatbare uren overschreden worden.

Men kan ook vooraf, naar eigen inzicht, bepaalde uurgrenzen kiezen. M.b.v. de tabellen kan men de overschrijding van het aantal uren bepa-len (benadering) in een bepaalde windrichting en daarna vergelijken of de windsnelheid kleiner is dan de waarde in het criterium.

De vlaagfaktoren, weergegeven in fig. 12, geven de mogelijkheid om de mediane uurgemiddelde windsnelheid voor Nederland om te rekenen naar

vlagen. M.b.v. de versterkingsfaktor kan de : U10 = C(i) . U berekend

worden en is de vergelijking met een overschrijding mogelijk.

-

-toclaatbarc vlaagsnclhedcn op loophoogie in m:s _{(fj,))_ ;::::-0.' :f. ..} O, l omgcving bczighcid

I

aange- _{toclaat· 1} on pie-

gcvaar-naar:i baar zicrig lijk

I. stratcn I open < 12

I

IS 19

I

25

wandeipadcn _i

2. parken, !open, slentcrco < 9

l

12 15 20

sporttcrreiocn

3. parken. pleinen staan, zi11en < 6 9 12 15

winkelcentra (kortstondig

vcrblijf)

4. tcrrassen, zillen < 3.5 6 9 10

opc:nluchuheatcrs (langdurig vcrblijf)

toclaatbare overschrijdingskans gcdurcndc: I uur I uur I uur

L__ per week per maand per jaar

Tabel 11

-22-r

~ 2.00 vluoofac.tor 'I.~---~-_:__---,.---, 1.90 180 1.70 1.60 1.50 1.40 a Vlissingtn - IJmu· o E•ll» e 0. Bill o E~lw rnultot.,, ·-~---!>--- -~ --~':-~n:!,.,. <M kusl _ _ j c (binn..ilond) _ _ __ _ c bi,.,..,land: 50 km of I.,...~ , , _ londinwoorls

/ i

b -· - - I , ,,,. '/

~

'

""'"

,,-'_~~ 1.3() ·- - ·-- - -- - --~ , :10 -· 1.10 --- --~ lDO·L-«l1-!!!::::;__20.l...JL--1L0--5=---J....--:'11~2----:1/8';--;-1/~'()--;'.l/:-20--~,/60 - -~~ (]Os) (1•) -.... tijd in

-"""""'

Fig. 9: Grootte van de vlaagfaktor v :datwil zeggen de gemiddelde

windsnelheid over k minuten gedeeld door het uurgemiddelde van de windsnelheid.

i

~Cm)

10

III. WINDKLIMAAT BIJ HET STATION

Allereerst moet de ruwheidslengte voor Eindhoven warden vastgelegd. In

11

het windklimaat van Nederland" warden de ruwheidslengtes voor ver-schillende gebieden van Nederland gegeven. (zie: bijlage blz. 8) De ruw-heidslengte voor Eindhoven bedraagt: Z

0 = 1 m, terwijl voor de ver-schuivingslengte (d} 10 m aangehouden kan warden.

Met behulp van de "uren-per jaar" tabellen kunnen de windsnelheden van het windprofiel vanaf 20 . Z

0 + d, boven de stad berekend warden.

Voor elke windrichting is een windsnelheidsprofiel te tekenen voor het vrije veld in de omgeving van Eindhoven.

Een algemene indruk van de windsnelheid

U

₁₀ wordt verkregen door, voor de windsnelheidsintervallen, het aantal waarnemingen vermenig-vuldigd met de gemiddelden van het interval te delen door het totaal aantal waarnemingen. De som is dan

U

₁₀.

m/s

U

aantal waarnemingen frekwentie 0. 0 t/m 0 .9 0,45 7285 (7285

*

0,45)/100.000 1. 0 t/m 1. 9 etc. 1 ,45 9742 (9742 x 1,45)/100.000 Voor U₁₀ vol gt: U₁₀ = iJ60 Op 60 m hoogte: -· - =

u10

u6 0 = 5 '97 m/ s L: U . aant. 100.000 ln 60/0.03 ln 10/0,03

=

4,36 m/s

u

₁,

75 =2,75 m/s beide voor het vrije veld. Voor het vrije veld van Eindhoven is gevonden:

.2

4

Fig. 10 Vrije veld ~o ;so , -24-I ,/ / / , / , l 4 Fig. 11 Boven de stad 5.'jJ

lJ

60

=

5".

ff

1

ft1

/

.5

U.30

L,,40 .. a lnto.b.c5 ...-

_u

_{•o -}

-

_l.n~

·

--d. ""'°_pos - bw.20 -U3'o

=

~

•

1,s.

U-io

= 01

r

1,$•

4

5"~

=

4.55 m/~

UfO=

s-.93

Mis

Ter illustratie wordt ook het windsnelheidsprofiel voor boven de stad geschetst, zie fig. 11.

De snelheid op 10 m voor een willekeurige i blijkt erg te verschillen met

u

10 per windrichtingsinterval (i). (Denk maar aan de windroos van b.v. Beek) Het geschetste windprofiel is een heel grove indruk van de te verwachten gemiddelde snelheid.

Omdat het windklimaat van Eindhoven veel lijkt op het Limburgse wind-klimaat wordt de vlaagfaktor (v) gelijk gesteld aan: v = 1,78.

Een snelle indruk van de overschrijding van het uurgemiddelde wordt verkregen door de windsnelheid van het vrije veld, op te zoeken in de grafiek, fig. 12, en de uren per jaar af te lezen. Een

U

= 4,56 m/s

wordt _.:.. 900 uren per jaar overschreden. D.w.z. dat de vlaag van

0

= 1.78 . 4.56 = 8 m/s 900 keer per jaar overschreden wordt. Een

ver-gelijking met Davenport's criterium is nu mogelijk door de U op 10 m hoogte om te rekenen naar 0 op 1 ,75 m.

.

u

\;

=

10

10 20

-v<m/sl 30

Fig. 12 [H. v. Koten, 1977] Overschrijding van de

U

U _{1 , 7 5} = U ₁₀ • 1 n ( 1 , 7 5 I 0 , 0 3 ) I 1 n 1 0 I 0 , 0 3 = 3 , 19 m/ s

0

₁,₇₅ = 3,19 . 1,78 = 5,68 m/s < 6 m/s, wat voor het gebied klasse 3

De turbulentie intensiteit (I) is empirisch af te leiden van de ruwheid.

Er is gebleken dat voor de stedelijke omgeving 0,3 ~ I ~ 0,5 en dat de

versterkingsfaktor 0,15 < C(i) < 0,75 zal bedragen. (Zie betrekking : 10)

Stel dat voor Eindhoven de I ~ 0,4 (zie tabel: 3, bijlage). Met behulp

van betrekking -10- volgt dat de C(i) ~ 0,45, wat voor

U

₁₀ = 4,56 m/s

betekent: U = 0,45 * 4,56 = 2,05 m/s. De toelaatbare vlaag van gebied

3 moet gecorrigeerd worden naar 10 m hoogte en naar een I van 0,4.

Er geldt 11

1 , 75 < 6 m/s met a/U ~ 0, 15

a

0,2 en v = 1,5 wordt U1 ,75 =

1,5. 1,75 = 4 m/s, u₁₀ = 5,7 m/s. Ue = U(1 +kl) met k = 1,5 wordt dit

ue = 5,7(1+1,5 0,15).

- - 7

Ue = 7 m/s . U = _{1 + 1, 5 . 0,4} = 4,38 m/s > U = 2,05 m/s.

III.1. Omgeving rond het station

Voor de wind tussen de obstakels en in het zoggebied bleek de theore-tische benadering ontoereikbaar omdat geen goede ruwheid gevonden kon worden en omdat de windsnelheid afhankelijk is van de plaats van het meetpunt t.o.v. de obstakels.

Door versterkingsfaktoren in de windtunnel te bepalen is een indruk verkregen van de windsnelheid tussen de obstakels.

Om een inzicht te krijgen waar en hoe de Ci verkregen worden kan men, [1979 : H. van Koten e.a. : 15 en 1984 : R.D. Blevins : 17] er op

na-slaan.

,

1

1

!l!}

Nil

~.I.

₁₈

_l

_c[

t

)

.J

11_{1 _ _ l}

-:J

I

1

"" <!'""""

~·.

'. ) ". y.

~-:=-\

f

.

····fo.'5 ;'.'j) ::: __ ...

-

.

·

·

u

7~*-1~r-r·

·

---···-

:

. . I I

r

r u,JO 0,2 '1J • • 0,24 u,2., o,L ~ lO l'> 20 _ _ . . . .. /11(-)

Fig. 13: Relatie c(i) - w/h(i) [Peters : 1985]

De gebruikte definitie van de versterkingsfaktoren in de literatuur ver-schillen nogal. De meest aangehaalde is:

U + k1a

y = z . z (13)

UR + k OR

-26-met voor:

DR

= de snel hei d op referenti ehoogte

(hoogte Rj 2 m)

ITz = de snelheid op hoogte z

k' = faktor om ruwheid te verrekenen

een aangehouden)

Zowel in SBR.2 als in Applied Fluid Dynamics handbook zijn vergrotings-faktoren y voor de omgeving m.b.v. bovenstaande uitdrukking (13) be-paald.

Voor een hoogbouw met hoogte H, die tussen laagbouw met hoogte 1

h1

is geplaatst, geldt (indien H > 2 h) dat de hoogbouw als vrijstaand is te

beschouwen.

Bekijkt men de situatie (blz. 5) voor het gegeven probleem dan kan worden opgemerkt dat geen windhinder t.g.v. een drempel-effekt, voor het gebcuw ontstaat. Voor de noordenwind is de 11 Rabobank 11 als een vrijstaande hoog-bouw te beschouwen met een maximale y, in het zoggebied (aan de lijzijde van het gebouw). Deze wind~ op het gebouw, de perronoverkapping, zal ook niet een versterking veroorzaken t.g.v. het drempel-effekt daar

h < 15 m is. Voor de Oostzijde kan er gedacht worden aan een 11

terras-bouw11 metals y(max) = 0,5 op loophoogte.

Aangezien de perronoverkapping op de dijk staat moet men dus als hoogte - een terrashoogte - h < 25 m. nemen en hiervoor is y = 1,6.

Deze y zijn niet zonder meer te gebruiken omdat ze niet overeenstemmen met de hier gebruikte definitie van de versterkingsfaktor.

In het S.B.R.65 is voor de vergrotingsfaktor

y = ui1u1,15 (14)

met

u

₁,₇₅

=

ongestoorde windsnelheid op 1,75 m

Ui = windsnelheid in bebouwde omgeving, op 1,75 m.

Dit doet veronderstellen dat, omdat de turbulentie-intensiteit klein was (I= 0,15) en men de K

=

1 heeft gesteld, de bijdrage van deze faktoren

verwaarloosd zijn. (Zie formule 13)

De gegeven y-waarden kunnen omgewerkt worden tot C(i).(=Oz/up>

_ (zg\

o.

14

ug -

\TOJ

.

u10

t 1 -u - (1,75\0,28 u

-u( .) - (1,75\0,28

l - 500)

u· u; ul,75 __ ul,75

c

[i] =

-u

l = y.

1a ul,75 · U1a U1a

u a,28

G~~s

=

(~.

s)

=

(o,017s)

0

,

28

=

C[i]

=

a,3 y (in de stad) (buiten de stad) 0,3

De te hanteren C(i)'s zijn altijd ~ 1 dit i.t.t. de y.

500 .2 'S'O

-

-10 10 ~TAI> Fig. 14: Windsnelhe1dsprofielen

Er zal m.b.v. geschatte C(i) voor de stedelijke parameter, de snelheid rond het gebouw op de dijk bepaald worden. Van deze snelheid wordt be-schouwd hoe die zich ontwikkelt en hoeveel deze zal bedragen bij de toetreding en het verlaten van het gebouw.

-28-Notale<>n amplitte.ahOI' factor .. 1u • u')/IU. • u'.J . .,....f• U • me•n W9iOC•1)' u· • roo1 ,...n

..,_.," m lir.r 1v1t:M,,6tonc~. itnd h1~C1tP' 1 r•'~o IO ""'rw.J m .OWnce of bu•~•ntt

1. l.aT ···i5P

--~ • l'''•

~EJD

,

3. Puuun Flc-..; tower Plow

l>ucrip!ion

1. DI wt11d •••r ••11 du, laa1, lang, (l:.8x.pboawahooct•) . . Dou• alaat oe de tof YU 1'et . . bou•. Acbter het 1ebou• ( b) }Oa.) onataat er ••D ••r••l waar d• t' e 1,£i.

2. let nntu.ri-effekt i• ieft ••rachijn· aal 4at optreadt tuaa•n t••• •••n-wijdil ot uar alUar toalopenda gebou•en, ta ••rcelijkan ••t ••n trecbtar. Yoor ••n duidalijk aft.kt aoat de aini . . l• gabou•boogt• grotar Ua 15a ea de laagte ainatena 100. a1j•. DI ~ U.n 1 •) , •oor b-25 A

)Oii, an 1,6 Toor b• 5(>9, &ija.

' · DI wi.Ad aorKt •oor aan onrdruk

yoor llet gabou• an aan l\ligiq acbtar bat ttebou•. Yoor gaboawan in •araprin.1•11•• poaiti• seplaat•t

ara..n, da o . . rd.ruk .-oor ean 1abouw 4at 1•l•1•n 1• in de aviason• •an een ander gebou•, aaa windetrooe _ op da riad.richtia& .-aroorsakan Yoor de ge•iddald• rabouwhoogte

.-an i59 i• da 0.1,2, 1,3 •oor

)()9 an 1 ,8 YOor 90 •·

"· Sen lloogbou• (I) in aan groap laagbouw(h) Yarooraaakt aaa grota tvrbulantia in de •trek aat ••D etraal •in•t•n• 1alijk aan de H.

5' • De wind &al •oor etn p1raaida.-ormige 1e1ton iata ••r•tarkt wordan. 8p loopaiTo ia de ¥ .0,6, op tarra• -ai•o,.-oer It• ~. lllaa ltat oplopan

tot 1,6.

Fig. 15: Vergrotingsfaktoren voor de gebouwde omgeving [Blevins, 1984)

Reeds in hoofdstuk 11.1 is gekonstateerd dat de 4 windrichtingen ver-schillend z1Jn om en nabij het station.

De versterkingsfaktoren die aangehouden moeten worden zullen aan de hand van de hiervolgende beschouwingen worden bepaald.

(;a)

-T H w Fig. 16: Stadscontour

Door de w/h verhouding van ongeveer 6

a 7, blijkt het benedenwindse

windsnelheidsprofiel zich niet naar het oorspronkelijke bovenwindse windprofiel te herstellen. (zie: verslag Peters : 1985, e.a.)

Voor de Zuidenwind is de stedebouwkundige situatie te vergelijken met

een dichte stadskern w/h ~ 1,5

a

3.

Voor de Oosten- en Westenwind geldt dat de w/h ~oo omdat de stedelijke

situatie geheel of vrij open is, waardoor de oorspronkelijke windprofie1 na het obstakel zich geheel herstelt. (zie: fig. 17, fig. 7).

-

~:::::::::::::

A

A~~~:-

_a·~

··-

;

/ I 7 7 1 / ) / ) ; /

(bl I I I I I

~

If-ri

9.-,..,~40

·

g

o..,,.4H ·

voortdurende obstckelstor1n9 (xfti-iS l

(c) .. _ _,.,.- I _ .- ~-. · .. ' . ~·.··::· .. ' '

\

'

··-11111~h4r1~1

1

(d) ~

~

~

Fig. 17 [T.R. Oke, 1978] : Invloed van de gemiddelde afstand tussen ob-stakels met hoogte H op het windprofiel; x is de gemiddelde afstand van bovenwinds obstakel

-30-Er moeten enkele kanttekeningen worden gemaakt over de te bepalen C(i)'s en wel de volgende:

1. De versterkingsfaktoren zijn bepaald in de tunnel voor gebouwen met dezelfde hoogte en tussen evenwijdige blokken.

2. De C(i)'s gelden voor de bovenwindse konfiguraties met uitzondering van de C(i) voor vrijstaande gebouwen.

3. De gehanteerde versterkingsfaktor bij de tunnel-proeven is gedefi-nieerd als de windsnelheid op 1,75 min bebouwde omgeving t.o.v. de windsnelheid op 1,75 voor de ongestuurde wind. Deze faktoren moeten omgerekend worden naar de gehanteerde C(i) die gedefinieerd wordt al s:

U(x = 1,75) = C(i)

uP

( 15)

4. Het beschouwde gebouw bevindt zich op een dijk binnen in een konfi-guratie, waardoor theoretisch de C(i)'s voor een hogere meetpunt-hoogte omgerekend moeten worden.

5. De faktoren moeten gecorrigeerd worden voor: ruwheidsklasse 2 tot 4: C(i) * 1.25

" 4 tot 7: C(i) * 1.1

De w/h verhouding die voor elke windrichting is bepaald kan via de relatie in fig. 11 gekoppeld worden aan een C(i). Deze C(i) dient niet gecorrigeerd te worden (zie kanttekening 5). De aan te houden C(i) is voor elke windrichting terug te vinden in de onderstaande tabel 13.

C(i) a/U

u

_u10

_u10

0.3 0.45 2.51 8.4 14.95 Noorden 0.55 0.37 2.8 5.09 9.06 Oosten 0. 1 0.52 2.3 23 41 Zuiden 0.55 0.37 2.8 5.09 14.95 Westen

u

5,9 = 1 +3. I

u

10 =U/C(i)

0

=

u.

1'78 Tabel 12

Voor het criterium "aangenaam" in het gebied 3 geeft Davenport de grens aan van

0

< 6 m/s. Op 10 m hoogte is

u

₁₀

=

6,82 m/s. Deze snelheid komt

overeen met de Up, wordt 1546 uren per jaar overschreden. Volgens Beaufort-schaal 4 geldt bij deze snelheden het effekt 11

hinderlijk voor lopen" op 1,75 m.

Voor de gevonden

U

₁₀ warden de volgende overschrijdingen per jaar gemeten: aantal uren per

cr/U _U10 jaar overschrijding

Noorden 0 ,45 8.4 b6,5 < Oosten 0,37 5. 1 511 < Zuiden 0,42 23 0 < ~~es ten 0,37 5. 1 1641 > Tabel 13 Gemiddelde overschrijding

=

~

=

555 < 1546

Het blijkt dat het aantal overschrijdingen onder het toelaatbaar aantal overschrijdingsuren blijft voor het gebied rond het station.

Onafhankelijk van het aantal uren per jaar overschrijding van de toelaat-bare windsnelheid geldt: u₁,₇₅ < 6 m/s in het gebied 3. Het is dus voor

het criterium aangenaam in 3 de maximale vlaag te berekenen en deze met het criterium te vergelijken.

-

-C(i) cr/U _{u1 .75 u1.75 u6, 75 toelaatbaar}

0' 1 0,52 2,27 4,04 5,9 Zuiden 0,3 0,45 2,46 4,45 6,49 Noorden 0,55 0,37 2,8 4,98 7,27 Oost/West

-u1, 75 5,9 1'78 .

u

6 75 0,28 -= _1+3. cr7U U= u 1 '75 . ~ = u6 75 ' ' Tabel 14

Het blijkt dus dat de u₁,₇₅ aanwezig,kleiner zijn dan de toelaatbare vlagen op 1,75 voor "aangenaam".

Voor het windeffekt "gevaarl ijk" vol gens het aangepast criterium van Davenport, moeten de vlagen voor het gebied 3 kleiner dan 15 m/s zijn met een maximale overschrijding van 1 uur per jaar, zie tabel 11.

aanta l uren windeffekt

c (; )

I U ( m/s)

_u10

(m/s) overschrijding "gevaarl ijk"

0' 1 0,52 7,3 72 ,5 0 Zuiden

0,3 0 ,45 _{7 '')} 25,7 0 Noorden

0,55 0,37 8,4 15,3 0 Oosten

0,55 0,37 8,4 15,3 11 '98 Westen

Tabel 15 _U10 = U/C(i); Lie. = 15(1 + 0,15)/1,5; U = Ue/1 +I

Daar de wind onder de kap een percentage is van deze windsnelheid, zal de uiteindelijke snelheid lager liggen.

IV. VOORSPELLING WINDGEDRAG ONDER DE KAP

Om een indruk te verkrijgen van de te verwachten stromingen onder de kap, zullen enkele onderzoekresultaten worden behandeld.

Het ventilatieproces in gebouwen is vrij uitgebreid onderzocht. De ver-houding, opening in de wand, per dichte wand heeft gevolg voor de wind-snelheid in het gebouw en voor de windstroom binnen het gebouw [1982 : M. Melangno : 11].

Voor natuurlijke geventileerde ruimten gelden voor de resterende wind de gegevens in de volgende tabel:

.

~-1nt-•--•otnatunlly-­

---""'---°'---

-·-

·-

·-

·-

-s...-apll't..-C . . -*•i."'CI •.U. •..cl

"" I~ ,..,

....

---

Si..p:~m9'Ulid•L-:!•&ll•llod

"" B'"c ~}"\

'"' ~

...

SurP aprmin .. -.ara •'L!l. -.Vld ...

"' ""

-l'llmmat•uak

T-"fll'"\lnll IR 1-ard -.ill wm11 a.- ,,

..

!l'llo

-naDat•..P

O.. ~ • -.adw.rd •all u«Mr .,

..

..

~ "

..

IOl~ • ~JKl9

•Ml"'*~~~-

-~-0 . apinvi: • ..-.-an: •UL walm H-:0· Ill<\

....

llf"

-.i~w..U..w-a~ ...

-0 . ..-n-w • ... WC •Wl. _ . _

....

....

,,

..

!Ol ..

..

~

....

--~,...,_.. -~-O..,.nW'l•~·.U.--

....

.

,..

....

• ...n ... ..- ... ~ ... Tabel 14 [Blevins 1984] b d

Fig. 18: Effects of inlet and outlet sizes in cross-ventilated spaces: openings on opposite walls; wind perpendicular to inlet.

-34-De toegelaten windstroom voor het geval van overdwarse ventilatie [1982 : M. Melaragno: 11) kan bepaald worden met:

Q = k • A •

u

₀ ( 16)

met k = een coefficient afhankelijk van de verhouding tussen de relatieve

opening aan de toetredingszijde en aan de uittredingszijde. A = opperv1akte-opening

U₀ = ongestoorde windsnelheid

Voor de dwarsventilatie van een vierkant-plattegrond kan de gemiddelde inwendige snelheid bepaald worden met:

ui

= 0,45(1 - k

.ue-

3,84 )

(Zie: B. Givoni, Man, climate and architecture)

d

h

Fig. 19: Openings on opposite walls; wind oblique to inlet

[M. Melara~no 1982)

( 17)

Voor open strukturen is ook gekeken hoe eventueel de stroomlijnen zich zouden ontwikkelen (Zie fig. 20)

;z: & ₀ ~o c e d ' ~

Fig. 20: Stroomlijnen bij verschillende kapvormen [Melaragno: 1982] D.m.v. natuurlijke of niet natuurlijke windschermen kan men de wind-stromingen ook beinvloeden.

De funktie van een windscherm is om een relatief windstille zone te creeeren achter het scherm. In het algemeen kan men stellen dat een windscherm invloed heeft op een zone met de lengte van 30 x de scherm-hoogte, aan de loefzijde en 10 x aan de lijzijde [1982 : M. Melaragno 11 ] . 100 so &:> 40 'JO 0 I() ;:::-' \ \ . ' / 5 o 5 10 1S 20 25 Y:J op en i 4 b 9 10

Fig. 21. Relatie dichtheid/doorgelaten wind

Hoewel de permeabiliteit een grote rol speelt is ook de vraag van hoe de penneabili-teit verkregen is, van groot belang.

Bij 30 - 35 % penneabiliteit

is ook de doorstroming lami-nair zonder een zoggebied. [1982 : M. Melaragno : 11] Maar er is gebleken dat een

permeabiliteit van 20 % ook

een goede beschenning biedt

[1984 : R. Blevins : 17]

Een door het Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium uitgevoerd windtunnelonderzoek naar effekten van de perronoverkapping, wees uit dat

-36-een onderbroken daklijn veel gunstiger is dan -36-een niet-onderbroken dak-lijn. [1970: N.L.R. : 6)

Zo ook volgt er uit het onderzoek dat windschermen op het perron voor 1/3 open (windscherm van 3 m hoog, met bovenin 0.8 m voor 50 % open en van onderen 0.2 m helemaal open), hun nut bewijzen. Bij wind ..L de

breedte van het scherm zijn de schermen erg effektief [ 1970 : N.L.R. : 6)

Bekijken we b.v. het Centraal Station in Amsterdam dan valt op dat het gaat om een lang en hoog gebouw met een krom dakvlak en in de top ver-tikale openingen. Dit station bleek bij een enquete van het N.R.C. Han-del sblad een behaaglijk station. We zien dat de wind door relatief kleine openingen aan de kopschotten, die niet 100 % gesloten zijn, bin-nen kan dringen en dat wanneer eenmaal de wind binbin-nen is deze naar het dak wordt gezogen. Verder zijn de perronoverkappingen vrij beschut (zie fig. 22).

Fig. 22: Dwarsdoorsnede station Amsterdam

Een windtunnelonderzoek wordt zelden toegepast om het windgedrag op het perron te bepalen. Dit omdat er weinig nieuwe stations worden gebouwd. Een recent voorbeeld van waar men wel met de wind rekening heeft gehouden is in Almere, waar men langsgevels heeft toegepast die voor 2/3 gesloten zi jn.

Getracht zal worden om van de ontworpen perronoverkapping de te verwach-ten stromingen onder de kap te schetsen. Men moet er wel op bedacht zijn dat het onderzoeksresultaat niet zondermeer goed zal zijn, aangezien de gegevens voor vierkante plattegronden gelden.

De kopzijde van het ontwerp kan men als gedeeltelijk gesloten beschouwen. Beschouwen we de mogelijkheden om de kop van het perroneinde wel of niet gedeeltelijk af te sluiten.

In het eerste geval (uitgaande van een 100 % gesloten langsgevel) kan de windsnelheid onder de kap 0.43 u_{0 zijn.}

21'

I

I

Fig. 23: Schets ruimte

Opening s:::1 1/3 L

Opening s:::1 2/3 L

In het andere geval zal de snelheid onder de 44 % bedragen.

(Dus een zeer klein verschil)

Indien echter de kop aan de V.T. zone minder gesloten wordt neemt de snelheid onder de kap toe tot max. 59 %

u

_0.

Het blijkt dat het zin heeft om de kopeinden zoveel mogelijk af te dich-ten maar een verschillend wandopeningspercentage aan beide zijden te handhaven.

Voor openingen in vertikale wanden is ook onderzocht wat de konsekwen-ties zijn voor de afname van de snelheid, binnen in een ruimte t.o.v. de ongestoorde wind buiten (zie fig. 24).

i I

,

~~

,

Fig. 24 [Melaragno : 1982]

Hoewel deze cijfers geen absolute waarden zijn, geven ze een indicatie over de kwalitatieve verbetering of verergering van het windklimaat. De vraag rijst of deze waarden bij de ontworpen ruimte ook als een vol-doende benadering te beschouwen zijn.

Er kan worden gesteld dat bij een volume-toename van de inwendige ruimte, de snelheid aan de uitlaatopeningen vermindert.

Fig. 25: Verwachte stroom/overgebleven snelheid

-38-Het bij de inlaat aanbrengen van een of meerdere obstakel(s) schijnt een betere invloed te hebben dan de inwendige volume via de dakvorm te vergroten.

IV.1. Model-beschrijving

De modellen die gebruikt zijn bij het onderzoek, zijn slechts benade-ringen voor de werkelijkheid, omdat niet alle onnauwkeurigheden uit het model weggenomen (hadden) kunnen warden.

Deze bezwaren blijken, zoals uit eerder onderzochte modellen, geen noemenswaardig effekt te hebben.

Een andere onnauwkeurigheidsfaktor is dat indien in de tunnel, bij een gekozen schaal, de werkelijke Re benaderd wil warden, de windsnelheden omgekeerd evenredig aan de schaal van het model vergroot moeten warden. Praktisch gezien is het al een probleem om b.v. een windsnelheid van 400 m/s te produceren, maar door de geluidsoverlast is zo'n proefop-stell ing oak niet mogelijk. Oak is het onmogelijk om de turbulentie of de ruwheid die er in werkelijkheid aanwezig is, precies na te bootsen. Doordat men voor het plaatsen en veranderen van het meetpunt van de anemometer een afneembaar bovenvlak (per perron) nodig had en tevens een langsgevel die afneembaar is, was het voor het schaalmodel 1 : 200 te bewerkelijk om telkens de kieren bij de ontmoetingen af te tapen. Door deze kieren is voor de gemaakte maquette de invloed van de geboorte openingen niet nauwkeurig te bestuderen.

Naast dit schaalmodel werd een maquette van 1 : 100 gebruikt om de details nauwkeuriger te onderzoeken. Door verandering aan te brengen in de maquette zijn de invloeden van een bepaalde verandering bekeken. (Zie hoofdstuk V: de beschrijving van de proeven)

De onderbrekingen in het dakvlak zijn dan gedacht in de vorm van bogen boven de sporen, wat in feite oak een volumetoename betekent en wegens de continuiteitswet, voor de binnengetreden wind, een vermindering van de snelheid betekent.

Er is gekeken naar de invloed van de dakvonn, de afwerking van de kop-gevels, de langskop-gevels, de geboorte van de bogen en naar de invloed van windschermen.

Wat gemeten moest warden waren de snelheden en de pieksnelheden bij knelpunten zoals aan het begin van de V.T. (vertikale transport)z6ne, in het midden van het perron, bij de in- en uitstapz6ne en aan de gevels